1铜及其主要化合物的性质、铜的生产方法

1绪论1有色金属重金属轻金属贵金属稀有金属有色金属：是指铁、铬、锰以外的金属。

重金属一般指比重大于5.0的金属，包括铜、铅、锌、镍、锡等十多种金属2

从铜的原子结构来看，铜具有d组元素的通性，所以只能失去电子，不会和电子结合。从而有以下特点：a)有两种价态(Cu+，Cu2+)，2价铜离子在溶液中显蓝色；

b)能生成络合物，如[Cu(NH3)4]SO4；c)能和非金属性强的元素直接化合成二元化合物，如CuS、Cu2S、CuO、Cu2O、CuCl2等；

d)铜的高导电性、导热性及良好的延展性是最有价值的特性；

e)铜与金银一样属于活性小的金属。但在含CO2的潮湿空气中，铜的表面会慢慢生成有毒的铜绿即铜锈［Cu(OH)2CO3］。铜与盐酸和稀硫酸不起作用，但有氧存在时，可缓慢溶解。1.1铜的性质3

CuS呈黑绿色或棕色，自然界中以铜蓝矿物形态存在，比重4.66，熔点1110℃；中性或还原性气氛中加热分解：4CuS＝2Cu2S＋S2Cu2S

呈蓝黑色，自然界中呈辉铜矿矿物存在，比重5.785，熔点1135℃；常温下很稳定，加热到200~300℃时，可氧化成CuO和CuSO4，加热到330℃以上时就氧化成Cu2O。在高温下（1150℃

），有氧条件下强烈氧化：Cu2S＋O2＝2Cu＋SO2Cu2S与FeS及其他金属硫化物共熔形成锍。Cu2S不溶于水，几乎不溶于弱酸，能溶于硝酸。Cu2S与浓盐酸作用时，逐渐溶解时放出H2S。Cu2S能很好地溶于FeCl3、Fe2(SO4)3、CuCl2和HCN（需氧）。1.2铜的主要化合物及其性质4

CuO

呈黑色无光泽，在自然界以黑铜矿形态存在，比重6.3左右，熔点1447℃；CuO不稳定，加热时离解：4CuO＝2Cu2O＋O2CuO不溶于水，但能溶于硫酸、盐酸等酸中，还能溶于FeCl3、Fe2(SO4)3、NH4OH和(NH4)2CO3等溶液中。Cu2O

粉末呈红色，致密的呈缨红色，有光泽，在自然界以赤铜矿形态存在，比重5.7~6.1，熔点1230℃；加热到2200℃以上时才离解：2Cu2O＝4Cu＋O25Cu2O与FeS及可按下式反应：Cu2O＋FeS=Cu2S＋FeO2Cu2O＋Cu2S=6Cu＋SO2

这两个反应在铜的火法冶金中具有重要意义。Cu2O不溶于水，但能溶于硫酸、盐酸、FeCl3、Fe2(SO4)3、FeCl2和NH4OH等溶液中。Cu2O易被H2、CO、C及CxHy还原成金属铜，也可被Fe、Zn金属还原成金属铜。CuSO4

硫酸铜在自然界中以胆矾(CuSO4·5H2O)的形态存在。纯胆矾为天蓝色，失去结晶水后为白色粉末。硫酸铜加热时分解：2CuSO4=CuO·CuSO4+SO3(或SO2+1/2O2)CuO·CuSO4=2CuO+SO3(或SO2+1/2O2)硫酸铜易溶于水，可用Fe、Zn等比铜负电性的元素从硫酸铜水溶液中置换出金属铜。6

铜的硅酸盐

在自然界中，铜的硅酸盐呈硅孔雀石(CuSiO3·3H2O)和透视石(CuSiO3·H2O)的矿物形态存在。这两种矿物在高温下形成稳定的硅酸亚铜(2Cu2O·SiO2)。硅酸亚铜在1100~1200℃下熔化。硅酸亚铜易被H2、CO及C还原，也容易被较强的碱性氧化物（如FeO、CaO）及硫化物（如FeS、Cu2S）分解。2Cu2O·SiO2＋2FeS＝2FeO·SiO2＋2Cu2S工业上往往向含铜的熔渣中加黄铁矿（FeS2）回收铜，正是基于此反应。硅酸亚铜可溶于浓硝酸及乙酸中，易溶于盐酸，微溶于硫酸。铜的碳酸盐在自然界中呈孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]和蓝铜矿[2CuCO3·Cu(OH)2]的矿物形态存在。这两种化合物在220℃已上时完全分解为CuO，CO2和H2O。7

铜的铁酸盐铜的铁酸盐有两种：铁酸铜(CuO·Fe2O3)和铁酸亚铜(Cu2O·Fe2O3)。铜的铁酸盐不溶于水、氨水及一般溶剂，易被强碱性氧化物或硫化物所分解，也已被SO2还原。Cu2O·Fe2O3+CaO=CaO·Fe2O3+Cu2O5Cu2O·Fe2O3+2FeS=10Cu+4Fe3O4+2SO2铜的氯化物铜的氯化物有两种：CuCl2和CuCl(或Cu2Cl2)。CuCl2无天然矿物，人造CuCl2为褐色粉末，熔点为489℃，易溶于水。加热至340℃分解，生成白色的氯化亚铜粉末。CuCl2＝Cu2Cl2+Cl2Cu2Cl2熔点为420~440℃，比重为3.53，是易挥发化合物。这一特点在氯化冶金中得到应用。Cu2Cl2的食盐溶液可使Pb、Zn、Cd、Fe、Co、Bi和Sn等金属硫化物分解，形成相应的金属氯化物和CuS。可用Fe将Cu2Cl2熔液中的铜置换沉淀出来。81.3铜的用途部门年份198019902003电气工业建筑工业运输交通工业机械和设备家用及其他49.313.79.719.37.848.216.26.620.68.42637111511合计100100表1-4铜在各部门应用中所占的百分比（%）9

铜的用途十分广泛，一直是电气、轻工、机械制造、交通运输、电子、邮电、军工等行业不可缺少的原材料。

铜的电导率高，仅次于银。因此用于制作电线电缆等。

铜的导热性能好，因此常用铜制造加热器、冷凝器与热交换器等。

铜的延展性能好，易于成型和加工。

铜能与锌、锡、铝、镍和铍等形成多种重要合金。

黄铜：铜锌合金。青铜：铜锡合金。还有白铜（铜镍合金）、锰铜、铍铜合金等。

铜的化合物是电镀、原电池、农药、颜料、染料和触媒等行业的重要化工原料。10铜产品图片展示铜板阴极铜11铜产品图片展示高纯阴极铜电工铜排12铜产品图片展示阀体毛坯铜锁铜制散热器射吸式焊咀

冷定器联接管头

液化气阀

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铜制阀门表体焊割工具毛坯黄铜测温球阀铜编钟14铜产品图片展示用于首饰

用于首饰

用于首饰铜像天文台思考题：调查生活中有关铜制品的使用情况，回答分别利用了铜的何种性质。15

铜的生产原料分为铜矿石、铜精矿和铜的二次回收料。由前二者生产的铜称之为矿铜，由二次原料生产的铜一般称为再生铜。1.3铜的生产原料及方法

硫化铜矿石一般不进行直接冶炼，而先经过矿物加工处理即选矿后得到精矿。浮选是选矿的主要方法，重选、磁选、离析及溶浸等也有应用。铜选矿厂由破碎、筛分、磨矿、分级、选别和脱水等作业组成。16

铜在地球中的含量比较少，其相对丰度仅为7×10-5，远低于铝、铁和镁等金属，甚至比钛还低。目前自然界中含铜矿物有240多种，其中常见的约有30~40种，而有工业开采价值的铜矿仅10余种。铜矿物可分为自然铜、硫化矿和氧化矿三种类型。自然铜在自然界中很少，主要是硫化矿和氧化矿。特别是硫化矿分布最广，是当今炼铜的主要原料。目前工业开采的铜矿石最低品位为0.4~0.5%。开采出来的低品位矿石，经过选矿富集，使铜的品位提高到10~30％。

1.3.1炼铜原料17

铜的生产原料分为铜矿石、铜精矿和铜的二次回收料。由前二者生产的铜称之为矿铜，由二次原料生产的铜一般称为再生铜。

硫化铜矿石一般不进行直接冶炼，而先经过矿物加工处理即选矿后得到精矿。浮选是选矿的主要方法，重选、磁选、离析及溶浸等也有应用。铜选矿厂由破碎、筛分、磨矿、分级、选别和脱水等作业组成。表1-1为铜的主要矿物。18矿物类别矿物名称化学分子式%Cu密度／g·cm-3颜色自然矿物自然铜Cu1008.9红色硫化矿物辉铜矿铜蓝黄铜矿斑铜矿硫砷铜矿黝铜矿Cu2SCuSCuFeS2Cu4FeS4Cu3AsS4（Cu,Fe)12Sb4S1379.866.734.663.549.025.05.5-5.84.6-4.74.1-4.35.064.454.6-5.1灰黑色红蓝色黄色红蓝色灰黑色灰黑色表1－1铜的主要矿物19氧化矿物赤铜矿黑铜矿孔雀石蓝铜矿硅孔雀石胆矾Cu2OCuOCuCO3·Cu(OH)22CuCO3·Cu(OH)2CuSiO3·2H2OCuSO4·5H2O88.879.957.568.236.225.57.145.8-6.14.053.772.0-2.22.29红色灰黑色亮绿色亮蓝色蓝绿色蓝色20斑铜矿黄铜矿21自然铜胆矾22辉铜矿铜蓝孔雀石23国内一些炼铜厂混合精矿成分(%)：厂名及工艺CuFeSPbZnAsSiO2贵冶闪速炉21.529.032.50.40.90.256.5大冶诺兰达炉23.523.521.71.061.030.3111.40云冶艾萨炉21.1224.2522.040.670.48－15.74侯马澳斯麦特炉24.528.031.0－－－9.5金隆闪速炉29.527.528.3－－0.17.0白银白银炉18.528.931.10.812.550.347.6葫芦岛密闭鼓风炉25.127.929.0<1.3<1.5－7.524

铜的生产方法概括起来有火法和湿法两大类。火法炼铜是当今生产铜的主要方法，世界上80%左右的铜是用火法炼铜方法生产的。

湿法炼铜通常用于处理氧化铜矿、低品位废矿、坑内残矿和难选复合矿。

火法炼铜用于处理硫化铜矿的各种铜精矿、废杂铜。图1-2为火法生产铜的原则流程图。1.3.2铜的生产方法25干燥密闭鼓风炉干燥电炉干燥反射炉硫化铜精矿干燥闪速炉干燥熔池熔炼炉连续炼铜炉冰铜转炉或连续吹炼炉粗铜火法精炼炉阳极铜电解精炼电铜(99.95%~99.99%Cu)(99.5%Cu)(98.5%Cu)(30-55%Cu)(20-30%Cu)26

湿法炼铜是在常压或高压下，用溶剂浸出矿石或焙烧矿中